石油鉆桿加厚帶超聲探傷技術研究

王學利 （勝利油田物資供應處物資檢驗所 山東東營 257000）

在石油鉆井過程中，鉆桿的工作條件差，鉆桿容易受到二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質的腐蝕，而且鉆桿要承受著高溫和高壓的考驗，在鉆頭鉆進時，鉆桿所受到的應力和扭矩復雜多變，鉆桿處在快速旋轉和振動的環境下，石油鉆桿長時間使用后，容易產生孔洞和裂紋等損傷，這些損傷容易導致石油鉆桿的失效，從而造成嚴重的生產事故。大量的研究數據表明，在石油鉆井鉆桿失效的事故中，由于鉆桿加厚帶的斷裂和孔洞造成的鉆井事故比例可以達到百分之七十以上，每年出現的事故都在五百多起以上，在鉆桿工作的過程中，鉆桿加厚帶所受到的交變應力最高，所以容易產生鉆桿加厚帶的斷裂和孔洞。鉆桿加厚帶是一節節不連續的，因此在加厚帶與鉆桿的連接處容易產生裂紋和疲勞破壞。鉆桿加厚帶是鉆桿使用過程中的危險部位，因此需要加強石油鉆桿加厚帶的探傷檢測研究，避免失效鉆桿的使用，從而減小鉆井過程中的事故，提高鉆井的效益。

一、鉆桿加厚帶自動化超聲探傷的方法研究

鉆桿的大致形狀為中空的鋼管，鉆桿的壁厚并不是完全一致的，在鉆桿的兩頭會存在著加厚帶，對于鉆桿加厚帶的超聲探傷檢測可以使用水浸法超聲檢測，在水浸法超聲探傷技術中，超聲波的發射和接收裝置并不和鉆桿直接接觸，超聲波發射探頭發射的超聲波可以在水中傳播到鉆桿的表面，當超聲波接觸到鉆桿表面后，會發生超聲波的反射作用，反射出的超聲波被接收探頭接收，接收到的超聲波信號就會被傳輸到超聲波信號處理系統，從而將超聲波的信號轉化為數字信號，進而可以確定鉆桿加厚帶的損傷狀況。水浸法超聲波檢測技術可以調整超聲波的入射角度等參數，在鉆桿表面產生不同類型的折射波和反射波，并且由于在水中測量，可以采用高頻的超聲波進行檢測探傷，可以提高鉆桿加厚帶超聲波探傷的精確度，超聲波的發射和接收探頭不和鉆桿直接接觸，探頭的磨損小，探頭的工作壽命高。而且用水作為超聲波探測的耦合劑，成本較低。在實際鉆桿加厚帶測量的過程中，由于超聲波在鋼材中的傳播速度要明顯的高于在水中的傳播速度，因此當聲波從水中進入到鉆桿后，需要做到超聲波入射角度可以進行精確的控制。由于水作為檢測的介質，水會對鉆桿產生一定的腐蝕，因此需要在水中加入一定量的防銹液。在測量過程中，鉆桿移動時會引起水的流動，而水流動過程中容易產生氣泡，產生的氣泡會影響到超聲波的傳播，因此需要合理的控制檢測水的溫度等因素，從而避免水泡對鉆桿探傷精度的影響。鉆桿加厚帶處鉆桿的厚度是變化的，在進行超聲波探傷檢測時，探頭會和鉆桿的加厚帶發生運動，為了能夠保證檢測探頭能夠覆蓋到整個檢測區域，需要合理的控制鉆桿加厚帶的檢測速度，而且需要采用多個探頭同時測量的方法，實現對鉆桿加厚帶壁厚、直徑等參數的檢測分析，在鉆桿加厚帶的變徑區域、鉆桿加厚帶普通區域、加厚帶末端等位置布置探頭，在測量的過程中保證每個探頭的檢測參數都能夠一致。在鉆桿加厚帶的平直區域，鉆桿加厚帶要進行不斷的旋轉和移動，從而保證探頭能夠檢測到整個加厚帶的平直區域。在進行鉆桿加厚帶分區域檢測時，首先要保證不同區域檢測探頭基本參數是一致的，從而避免了由于超聲波的入射角度和入射距離等參數的不同而影響到探傷檢測精度現象的發生。鉆桿加厚帶的檢測要比鉆桿管體的檢測復雜的多，由于鉆桿加厚帶處鉆桿壁厚的變化，從而導致了不同位置檢測探頭檢測的準確度不一致，而且同一種類型的鉆桿，鉆桿加厚帶的形狀和參數也并不是完全一樣的，為了避免由于鉆桿加厚帶的不同，而導致鉆桿加厚帶的檢測結果無法統一致的現象，因此需要對鉆桿的壁厚進行統一的數據處理，從而避免由于加厚帶不同而影響到檢測精度現象的發生。

二、石油鉆桿加厚帶超聲探傷系統研究

為了不斷的提高石油鉆桿加厚帶超聲探傷的效率和精度，研制了鉆桿加厚帶超聲探傷的自動化系統，系統主要包括，超聲波的檢測部分、機械傳動部分、自動控制部分和輔助部分。超聲波探傷檢測部分可以接收從鉆桿加厚帶處發射回的信號，將采集的信號送到信號處理系統，通過信號分析就可以得到鉆桿加厚帶的損傷情況。機械傳動部分是超聲波檢測自動化系統的重要部分，實現了鉆桿加厚帶自動檢測的機械運動。該系統可以一次完成鉆桿加厚帶超聲波檢測的全部過程，提高了鉆桿加厚帶檢測的效率，同時可以大幅度的降低操作人員的勞動強度。超聲波檢測部分是系統的關鍵部分，超聲探頭有很多種類型，通過大量的分析與實驗，最終確定采用線聚焦探頭。機械傳動部分在工作時，采用旋轉機構實現鉆桿的旋轉，由于不同規格的鉆桿在旋轉機構上旋轉時，旋轉的轉速不同，為了增強鉆桿轉速和探頭檢測速度匹配，而且要保證探頭的覆蓋范圍，需要選擇合適的旋轉機構的轉速，鉆桿的輸送部分主要實現輸入鉆桿、檢測完畢后輸出鉆桿的功能。鉆桿加厚帶超聲波探傷檢測系統的輔助部分，主要為水的存儲和循環裝置，水箱里的水要保證一定的體積，確保超聲探傷的順利進行，水循環裝置采用的是閉環系統。

三、結束語

鉆桿在石油鉆井中發揮著重要的作用，由于石油鉆桿工作環境惡劣，容易發生鉆桿的失效，鉆桿失效大部分都是由于鉆桿加厚處的裂紋和孔洞造成的。鉆桿加厚帶超聲探傷檢測可以使用水浸法超聲檢測的方法，為了保證檢測探頭能夠覆蓋到整個檢測區域，需要合理的控制鉆桿加厚帶的檢測的速度，采用多個探頭同時測量的方法，進行鉆桿加厚帶分區域超聲波探傷。鉆桿加厚帶超聲探傷的自動化系統，系統主要包括超聲波的檢測部分、機械傳動部分、自動控制部分和輔助部分。通過研究對于提高石油鉆桿加厚帶探傷精度和質量，減少鉆井鉆桿事故具有重要的作用。

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